【《模数转换器类别调研分析案例》1900字】

模数转换器类别调研分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u2021模数转换器类别调研分析案例 1321971.1全并行模数转换器 1296001.2流水线模数转换器 3155661.3过采样模数转换器 434441.4逐次逼近模数转换器 51.1全并行模数转换器全并行结构的模数转换器在各种模数转换器中拥有最快的处理速度[4]，该结构主要由数个电压比较器，电阻，锁存器，和一个译码器构成，如图2-1全并行模数转换器结构图所示。图2-1全并行模数转换器结构图Figure2-1StructureoftheFlashADC全并行模数转换器通过比较输入电压与不同参考电压间的大小，得到输入电压的取值范围，使用的电压比较器越多，得到的取值范围越窄，即转换器的精度越高。且所有电压比较器的比较结果在同一时间输出，通过译码器得到输出序列，为并行运算，因此该种模数转换器处理速度最快。以图2-1中的3比特全并行模数转换器为例，各比较节点电压V(n)=2n−115Vref表2-1输入电压与输出序列对照表Table2-1RelationshipbetweenInputandOutput输入电压Vin数字输出D2D1D00≤Vin＜115000115Vref≤Vin＜3001315Vref≤Vin＜5010515Vref≤Vin＜7011715Vref≤Vin＜9100915Vref≤Vin＜111011115Vref≤Vin＜131101315Vref≤Vin≤111通过全并行模数转换器的工作原理可以得出，一个N位全并行模数转换器需要2N1.2流水线模数转换器流水线模数转换器是全并行模数转换器的一种延伸，也是目前大多数高速模数转换器所采用的结构[5]，该结构主要包括多个全并行模数转换器，数模转换器，采样保持模块，差动器，增益放大器，和一个数字编码模块，如图2-2流水线模数转换器结构图所示。图2-2流水线模数转换器结构图Figure2-2StructureofthePipelineADC流水线模数转换器将输入的模拟电压转换为数字输出的过程分为多个阶段，当一个阶段完成后才会进入下一个阶段，且每个阶段中进行的处理流程是一样的。以图2-2中的12位流水线模数转换器为例，当输入电压进入转换的第一阶段，首先会通过一个3位全并行模数转换器，将模拟电压转换为3位数字输出，该数字输出再经过数模转换器转换为模拟输出，由于仅采用3位转换精度，该模拟输出与原输入电压会存在差值，通过将这个模拟输出与经过采样保持的原输入电压相减得到该差值，再经过4倍放大后作为下一阶段的输入(放大操作是为了使差值电压能达到下一阶段中全并行模数转换器的裕度)，同时数字编码器会读取之前经过全并行模数转换器转换的3位数字输出。当四个阶段依次完成后，数字编码器会处理每一阶段读入的数字输出，最终产生12位转换结果。当每个阶段完成当次处理后，该阶段即可接受下一次的输入并进行处理，而非等待整个流程全部完成后再进行下一次的模数转换，这种流水线式的处理方法带来了较高的速度和精度。但流水线模数转换器对其中增益放大器的增益及带宽要求很高，且增益放大器的大量使用会导致很高的功耗，因此常应用在不在乎功耗，但要求高精度与高速度的场合。1.3过采样模数转换器过采样模数转换器也被称为增量调制模数转换器，自上世纪提出过采样结构以来，一直被认为是最具发展前景的模数转换器结构[6]，该结构主要包括过采样电路，数字抽取滤波器，和由差动器、积分器、比较器、数模转换器构成的Σ-Δ调制器，如图2-3过采样模数转换器结构图所示。图2-3过采样模数转换器结构图Figure2-3StructureoftheSigma-deltaADC过采样模数转换器首先以远高于奈奎斯特采样频率的频率对输入的模拟电压进行采样，采样后的信号通过Σ-Δ调制器进行调制和量化，输出1位数字流，此时噪声已从低频转换至高频，再通过后续的数字抽取滤波器滤除高频噪声并提取出低频信号。过采样模数转换器的基本思想是通过高速、低位数的数模转换器来实现低速、高位数的模数转换器，且由于和流水线数模转换器一样使用了高带宽运放，功耗较高，常应用于对速度要求不高，但对精度要求很高的场合，如音频转换领域。1.4逐次逼近模数转换器逐次逼近模数转换器的结构较为简单，主要由采样保持电路，比较器，数模转换器，和数字控制模块构成，如图2-4逐次逼近模数转换器结构图所示。图2-4逐次逼近模数转换器结构图Figure2-4StructureoftheSARADC逐次逼近模数转换器主要基于二进制搜索算法实现模拟信号的转换，由数字控制模块生成参考信号与输入的模拟信号进行比较，并根据比较结果调整参考信号的大小，以此使参考信号不断逼近输入的模拟信号。一个N位的逐次逼近模数转换器完成一次信号的转换需要N个时钟周期，且在每一次转换完成前不可进入